Los genes se activan en el embrión humano desde el principio

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El descubrimiento de que algunos genes están activos desde el principio desafía la opinión de los libros de texto de que los genes no se activan en los embriones humanos hasta que se componen de cuatro a ocho células, dos o tres días después de la fertilización.

La actividad recién descubierta comienza en la etapa de una célula, mucho antes de lo que se pensaba, y promete cambiar la forma en que pensamos sobre nuestros orígenes de desarrollo.

La investigación, publicada hoy en Cell Stem Cell, fue codirigida por el profesor Tony Perry de la Universidad de Bath, el Dr. Giles Yeo de la Universidad de Cambridge y el Dr. Matthew VerMilyea de Ovation Fertility en los Estados Unidos.

Usando un método llamado secuenciación de ARN, el equipo aplicó análisis de precisión a óvulos humanos individuales y embriones unicelulares para crear un inventario detallado de los productos reveladores de la actividad genética, llamados transcripciones de ARN. Reveló que cientos de genes se despiertan en embriones humanos unicelulares. Dado que la actividad genética comienza de forma pequeña, las técnicas anteriores no eran lo suficientemente sensibles para detectarla. Pero la secuenciación de ARN de última generación utilizada en este estudio pudo revelar incluso pequeños cambios.

«Esta es la primera mirada positiva al comienzo de un proceso biológico por el que todos pasamos: el tránsito a través de la etapa de embrión unicelular», dijo el profesor Perry, del Departamento de Biología y Bioquímica de Bath. «Sin el despertar del genoma, el desarrollo falla, por lo que es un paso crucial».

El equipo descubrió que muchos genes activados en embriones unicelulares permanecen activados hasta la etapa de cuatro a ocho células, momento en el que se desactivan.

«Parece haber algún tipo de cambio de trabajo genético en los embriones tempranos: el primer turno comienza inmediatamente después de la fertilización, en embriones unicelulares, y un segundo turno se hace cargo de la etapa de ocho células», dijo el profesor Perry.

Lo que nos dice el despertar del genoma humano

En el momento de la fertilización humana, los genomas del esperma y del óvulo, la colección de todos sus genes, están inactivos: el espermatozoide y el óvulo dependen de las transcripciones producidas durante la formación para recibir instrucciones que regulen sus características.

Las transcripciones proporcionan instrucciones esenciales en todas las células, y las células embrionarias no son una excepción. Esto significa que es fundamental que los genomas de los padres (espermatozoides y óvulos) se despierten en el nuevo embrión. Pero, ¿cuándo y cómo sucede esto?

Comprender el proceso de despertar del genoma es importante: es una pieza clave del rompecabezas del desarrollo que promete una mejor comprensión de las enfermedades, la herencia y la infertilidad. Los científicos han descubierto algunos genes activados que pueden desempeñar un papel en los embriones tempranos, pero los roles de otros eran desconocidos y podrían indicar eventos embrionarios que aún no comprendemos.

Los hallazgos del equipo también arrojan luz sobre cómo se activan los genes. «Aunque se cree que el desencadenante de la activación proviene del huevo, no se sabe cómo; ahora sabemos qué genes están involucrados, podemos identificar sus direcciones y usar técnicas moleculares para averiguarlo», dijo el profesor Perry.

El vínculo con el cáncer

Sorprendentemente, los candidatos que podrían desencadenar la activación de genes incluyen factores generalmente asociados con el cáncer, como algunos oncogenes conocidos. Esto ha llevado a los investigadores a especular que el papel natural y saludable de factores que se sabe que se comportan mal en el cáncer es despertar genes en embriones unicelulares. Si esto resulta correcto, los hallazgos del equipo podrían iluminar los eventos que inician el cáncer, proporcionando nuevas oportunidades de diagnóstico y prevención.

Los hallazgos también tienen implicaciones clínicas para la herencia de rasgos adquiridos, como la obesidad: los padres que aumentan de peso parecen transmitir el rasgo a sus hijos. No se sabe cómo se transmiten estos rasgos adquiridos, pero la alteración de la activación genética después de la fertilización es un posible mecanismo.

Como sugiere el Dr. Yeo de la Unidad de Enfermedades Metabólicas del Consejo de Investigación Médica de Cambridge, «Si eso fuera cierto, deberíamos poder ver esta firma de activación genética alterada en la etapa de una célula».

El equipo también analizó embriones unicelulares no saludables que no se desarrollan y descubrió que muchos de sus genes no se activan. Se han utilizado embriones anormales para evaluar los métodos de edición del genoma hereditario humano, pero los nuevos resultados sugieren que pueden ser inapropiados como un sistema de prueba confiable.

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